网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

一战战壕里,他算出了黑洞的第一个解

0
分享至


史瓦西

是在一战前线的一条战壕中。

1915年冬天。卡尔·史瓦西蹲在冻硬的泥巴上,军大衣结了冰。

他刚从炮兵指挥部回来,顺手从怀里掏出一本科学期刊——翻到爱因斯坦那篇论文的时候,停住了。

引力场方程。广义相对论的核心。

爱因斯坦用一套复杂的张量语言把它写了出来——极其优美,也极其难解。连爱因斯坦自己都公开说过,想从这个方程里求出一个能描述真实天体的精确解,恐怕要等很多年。

史瓦西把论文从头到尾读了三遍。

然后他翻出几张草稿纸,开始写。

旁边的士兵以为他在写家信。没人知道,这个天天跟炮弹轨迹打交道的炮兵军官,正在做一件连爱因斯坦都认为短期内不可能完成的事。


爱因斯坦

战壕里的两个史瓦西

接下来的几周,史瓦西把自己活成了两个人。

白天,他按军令计算炮弹的初速、角度、落点,一丝不苟——这是他的职责。

入夜,他在掩体里点上煤油灯,用同一支铅笔计算时空弯曲。

炮弹轨迹和引力场方程,在数学上确实没什么本质区别。两者都是二阶微分方程。

他先给问题做了极简化:假设天体是完美球形、不带电荷、不自转——一颗理想化、死去的恒星。

在这个设定下,那一长串复杂的张量方程急剧坍缩,露出了简洁的内核。

史瓦西抓住了它。

1916年1月13日,他把两份手稿装进信封,寄往柏林。

爱因斯坦拆开信,愣住了。这个在炮火中完成的精确解,简洁得令人不安。他立刻回信,措辞里是藏不住的震惊:

“我没有料到,有人能以如此简洁的方式得到这个精确解。”

史瓦西的外部解随即以论文形式发表。

黑洞的数学种子,就这样在一战前线的冻土里发了芽。


黑洞

一个快死的人,算出了恒星的死法

但史瓦西没能看到它开花结果。

就在寄出论文前不久,他感染了一种罕见的大疱性皮肤病——天疱疮。战地医疗条件极差,病情急剧恶化。

1916年5月11日,卡尔·史瓦西去世,年仅42岁。

一个快死的人,算出了恒星的死法。

藏在公式里的那个临界点

他留下的那个解,表面看着很平静。

这张地图描述的是一个球对称天体周围,空间和时间如何被质量压弯。

当r非常大时,整个公式退化成我们熟悉的平直时空。也就是说,在远离天体的地方,一切都还很“正常”。

但当r不断缩小——你不断靠近那个天体——奇怪的事开始发生。

公式里自动冒出一个临界值:

rs = 2GM / c²

后来人们管这个叫史瓦西半径。

在这个半径上,公式里的两项同时出了问题:第一项趋近于零,第二项趋近于无穷大。

翻译成物理语言就是——远处的人看来,天体表面发出的光信号被无限拉长,时间趋于停滞,一切过程都被冻结在那个表面上。

更致命的是,在这个半径处计算出的逃逸速度恰好等于光速。

光,都跑不掉。

一个连宇宙里最快的东西都挣脱不了的黑暗天体,就这样从史瓦西的铅笔尖下浮了出来。



不是物理崩溃了,是坐标系选错了

但当时没人相信这东西真的存在。

包括史瓦西本人。包括爱因斯坦。

他们都认为,这只是数学上的一个奇异解,纸上的玩具。自然界不可能存在这么荒谬的东西——把所有质量压缩到一个半径之内?形成一个光都逃不出去的天体?

太荒谬了。

这个误判,情有可原。因为他们被公式表面的“怪异”唬住了。

在当时的理解水平下,这等于宣告“物理定律在这里崩溃了”。既然崩溃,那这个半径就只是个数学异常,不是真实物理。

后来人们才发现,问题不出在物理上,出在坐标系选择上。

打个比方。你拿着一张世界地图,看到南北两极的经线汇聚成了一点。你指着北极说:“经度在这里失去意义了!地图在这里坏掉了!”

但北极本身没有任何异常——只是你选的地图投影方式在极点不适用。换一种投影,问题消失。

史瓦西半径上的异常也是同一回事。

它不是一个物理奇点,而是一个坐标奇点。你选的数学坐标系在这里不适用,就像在北极谈论“经度”一样没有意义。

换一套坐标系,这个奇异性就被抹平了。



事件视界:一道看不见的单向膜

那它究竟是什么?

它是一道单向膜。

一道不可见的边界,把时空分成了因果隔绝的两半。

边界之外,物质和光还有机会回头。一旦跨过边界,所有方向、所有路径、所有可能性都只指向一个终点——

中心那个真正的奇点。

一个只进不出的临界层。没有栏杆,没有警示牌。表面上什么也看不见,但越过它,就是不可逆的坠落。

后来有人给它取了个名字:事件视界。

而那个真正的奇点在中心。时间和空间在这里卷曲成密度无限大、体积为零的一个“点”。所有落入黑洞的物质,最终都在这里被摧毁。

黑洞的结构其实很“朴素”:最里面是一个密度无穷大的奇点,外面包着一层事件视界。

三层。没了。



从数学玩具到物理现实

史瓦西解在纸上沉睡了将近五十年。

从1916年到1960年代,它被当作数学瑰宝束之高阁。直到天文学家开始严肃追问一个问题:

恒星死后,到底变成什么?

答案是看质量。

如果恒星不够大(比如我们的太阳),死后会变成白矮星或中子星。

但质量大于约3倍太阳质量的大质量恒星,一旦耗尽核燃料,外层炸掉,核心向内坍缩。没有任何已知的力能顶住这场坍缩。

密度突破临界点,物质继续被压缩——最终形成一个黑洞。

在自然界制造一颗黑洞的物理路径,被证实了。

1967年,约翰·惠勒在一次会议上即兴说出“black hole”这个词,从此深入人心。

而所有这一切,都建立在1915年冬天那个德军炮兵中尉在战壕里写下的球对称解之上。



那张潦草的稿纸,预言了一百年后的照片

史瓦西解是广义相对论的第一个精确解。

它用具体的计算证明了一件事:爱因斯坦方程不是纯理论玩具,它能在现实世界里产出可计算的物理预言。

它迫使物理学家从“局部发生了什么”转向“整个时空的因果结构”。

后续关于黑洞热力学、霍金辐射、信息悖论的所有革命图景,都从这个最简单的解开始。

2019年,事件视界望远镜团队公布了人类历史上第一张黑洞照片——M87星系中央那个模糊而美丽的橙色光环。

全世界都看见了它。

而它的几何形状,早在1915年冬天就埋在了史瓦西那几张潦草的稿纸上。

在最残酷的环境里,用最简洁的对称性,在纯粹的数学思辨中提前抵达物理现实的目的地——

这大概就是理论物理让人起鸡皮疙瘩的地方。


M87黑洞照片

互动思考

你觉得史瓦西能在战壕里算出黑洞方程,更多靠什么?

A. 天才的数学直觉

B. 极致的物理洞察

评论区选一个字母。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
当6.5%的人拿走四成:一张养老金账单背后的制度追问

当6.5%的人拿走四成:一张养老金账单背后的制度追问

金融科技一线
2026-10-10 08:53:24
欧洲领导人力挺泽连斯基

欧洲领导人力挺泽连斯基

参考消息
2026-10-12 13:59:07
黄明、苗圩、蔡名照、叶冬松、宋秀岩等,有新任务

黄明、苗圩、蔡名照、叶冬松、宋秀岩等,有新任务

新京报政事儿
2026-10-12 15:50:20
23岁中国短跑名将突然宣布退役,曾参加巴黎奥运会,杭州亚运会摘金

23岁中国短跑名将突然宣布退役,曾参加巴黎奥运会,杭州亚运会摘金

米修体育
2026-10-12 18:05:54
454:86,欧洲议会通过反华报告,中欧关系迎来新挑战,中方奉陪到底

454:86,欧洲议会通过反华报告,中欧关系迎来新挑战,中方奉陪到底

麓谷隐士
2026-10-12 00:05:07
密春雷,卸任上海人寿董事长;今年国庆期间还与董卿同框,粉碎多年离婚传闻

密春雷,卸任上海人寿董事长;今年国庆期间还与董卿同框,粉碎多年离婚传闻

大风新闻
2026-10-12 16:43:04
李连杰首次回应“抛妻弃子”传闻,此前还被传“吃小孩”,为什么离谱谣言都找上了他?

李连杰首次回应“抛妻弃子”传闻,此前还被传“吃小孩”,为什么离谱谣言都找上了他?

新民周刊
2026-10-12 20:13:43
打瘫沙特首都机场,“拖鞋军”已成中东狠角色 | 京酿馆

打瘫沙特首都机场,“拖鞋军”已成中东狠角色 | 京酿馆

新京报
2026-10-12 14:42:34
舆论反转!尊界踏板断裂事件,科技博主连线20位车主,结果出人意料:他们根本不在意网络争议

舆论反转!尊界踏板断裂事件,科技博主连线20位车主,结果出人意料:他们根本不在意网络争议

火山詩话
2026-10-12 08:31:04
国庆期间爆火的“秦主任”!越扒越有味!

国庆期间爆火的“秦主任”!越扒越有味!

东方不败然多多
2026-10-12 07:41:48
蔡康永风波持续发酵,多位明星公开发声力挺,罗永浩一举动惹众怒

蔡康永风波持续发酵,多位明星公开发声力挺,罗永浩一举动惹众怒

乐天闲聊
2026-10-12 12:01:54
上海大师赛大冷门!2号种子阿尔卡拉斯出局,送对手首胜TOP3

上海大师赛大冷门!2号种子阿尔卡拉斯出局,送对手首胜TOP3

全景体育V
2026-10-12 21:19:16
海拔4800米的报复:因拒绝领队潜规则,女研究生被抛弃高海拔冰川

海拔4800米的报复:因拒绝领队潜规则,女研究生被抛弃高海拔冰川

猫咪纪实说
2026-10-12 16:47:21
解读|胡塞武装24小时内四袭沙特,专家:沙特存在战略误判

解读|胡塞武装24小时内四袭沙特,专家:沙特存在战略误判

澎湃新闻
2026-10-12 20:44:31
社保纳入税务处罚范围

社保纳入税务处罚范围

HR圈内招聘网
2026-10-12 09:02:14
孙宇晨再谈与景甜感情,称“5000万如果给了她也会离开”,坦言感情跟有多少钱没有关系

孙宇晨再谈与景甜感情,称“5000万如果给了她也会离开”,坦言感情跟有多少钱没有关系

韩小娱
2026-10-12 14:47:32
一个正处级女局长被举报婚内出轨至少8人,纪委说她没事

一个正处级女局长被举报婚内出轨至少8人,纪委说她没事

八荒果子
2026-10-12 15:58:19
女网红拍新片不穿胸罩引争议 本人犀利回应:管得着吗

女网红拍新片不穿胸罩引争议 本人犀利回应:管得着吗

手工制作阿歼
2026-10-12 15:32:08
欠缴社保,最高罚3倍!2026年11月1日起施行

欠缴社保,最高罚3倍!2026年11月1日起施行

蓬勃新闻
2026-10-12 16:39:38
尊界被祭旗成定局:拥有特权的公司一定会侵害消费者

尊界被祭旗成定局:拥有特权的公司一定会侵害消费者

黔有虎
2026-10-12 13:14:49
2026-10-12 22:32:49
物理系老郭
物理系老郭
用最野的视角,看最硬的物理
420文章数 4400关注度
往期回顾 全部

头条要闻

8千元小狗遭仅退款 商家驱车600公里上门顾客称狗已死

头条要闻

8千元小狗遭仅退款 商家驱车600公里上门顾客称狗已死

体育要闻

一周吃6顿披萨的胖子,也能单防姆巴佩?

娱乐要闻

张艺谋身体状况曝光 陈婷不再顾及体面

财经要闻

尊界,是江淮的救命车还是失血引擎?

科技要闻

尊界:10月底确认制动踏板支架升级方案

汽车要闻

小鹏G9L巴黎车展全球上市 法国市场售价74990欧元起

态度原创

家居
游戏
本地
亲子
公开课

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

《GTA6》露西亚4K裸体实机已发!葱哥真放狠活了

本地新闻

踏访沙县第一村,寻国民小吃本源

亲子要闻

两个宝宝笑得很开心,妈妈对此感到疑惑,网友:是觉得对方好笑吗

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版